Dökülebilir alüminyum alaşımları çeşitli mekanik özellikler sunar. Yaygın türleri arasında A356, A357 ve A380 bulunur. T6 gibi ısıl işlemler mukavemeti artırır. Otomotiv, havacılık ve genel mühendislikte kullanılırlar. Temel özellikler gerilme mukavemeti, uzama ve sertliktir. Alaşım seçimi uygulama ihtiyaçlarına bağlıdır.

Bu makalede, farklı tipte dökülebilir alüminyum alaşımları hakkında temel bilgileri edineceksiniz.

Dökülebilir Alüminyum Alaşımlarına Genel Bakış

Tanımı ve Önemi

Döküm için birçok alaşım vardır. Bunlardan bazıları alüminyum alaşımlarıdır. Alüminyum diğer elementlerin (magnezyum veya silikon gibi) bir karışımını içerir. Bu da onun farklı alaşımlarını üretir.

Alüminyum yaklaşık 660 °C sıcaklıkta erir. Bu erimiş form daha sonra profil şeklini almak üzere kalıba beslenir.

Bu alaşımlar, 2,7 g/cm³ yoğunlukları ile daha düşük ağırlıklarından dolayı çelikten 3 kat daha hafiftir. Bu, birçok uygulama için uygun olmalarının nedenidir. Örneğin, arabalar, uçaklar ve makineler.

Ayrıca, korozyona karşı iyi direnç gösterirler ve güçlü olmalarına rağmen herhangi bir şekle sokulabilirler.

Dökülebilir Alüminyum Alaşımlarının Bileşimi ve Özellikleri

Alaşım Bileşimi

Dökülebilir alüminyum alaşımlarının oluşumu birçok elementin bileşimini içerir. Örneğin, alüminyum silisyum (5-12%), magnezyum (0,2-10%), bakır (1-4%) veya çinko (1-3%) içerebilir.

Silikon 577°C'de erir, bu da kalıpları daha iyi doldurmasını sağlar. Bu arada magnezyum, ince çökeltiler oluşturduğundan daha fazla mukavemet elde edilmesine yardımcı olur. Bakır sertlik geliştirir.

Örneğin A380 alaşımında 8-10% silikon ve 3-4% bakır bulunmaktadır. Bu nedenle yüksek akışkanlık sunarlar ve 0,1 mm kadar dar kalıp boşluklarına yayılırlar.

Eser Elementlerin Rolü

Demir (<1%) gibi küçük miktarlardaki elementler kalıplara yapışmayı önler ve manganez (0,5%) korozyon direncini artırır.

Alüminyum alaşımlarının dökümü, demir (<1%) gibi küçük miktarlardaki eser elementlerin katkısı nedeniyle kalıp yapışmasını önler.

Benzer şekilde, sırasıyla manganez (0,5%) ve titanyum (0,2%) nedeniyle korozyona karşı iyi direnç gösterirler ve daha küçük tane boyutlarına sahiptirler. Bu da sonuç olarak çatlakları azaltır.

Mikroskobik Yapı ve Kompozisyon

Söz konusu görüntü, bileşimin tane yapısı üzerindeki etkisini göstermektedir. Örneğin, iri taneler (50-100 µm genişliğinde) dökümün ilk aşamasında ortaya çıkar.

Silikon elementler (10-20 µm) dislokasyonları engelleyerek yüksek mukavemet kazanır. Bu arada, çekirdeklenme tane sınırlarının (GB'ler) bir noktasında oluşur. Çekirdekler soğutma boyunca matris durumuna doğru büyür.

Mekanik ve Fiziksel Özellikler

Mukavemet ve Süneklik:

Dökülebilir alaşımlar 200 ila 380 MPa arasında değişen çekme dayanımlarına sahiptir. Örneğin, a356 280 MPa alır ve kırılmadan hemen önce gerilebilir (10%).

Benzer şekilde, ısıl işlem (örneğin T6 temper) A356'da 20% mukavemet artışı ve 8% süneklik sağlar. Bunu alaşımları 500°C'ye ısıtarak, suyla söndürerek ve 150°C'de 5 saat yaşlandırarak gerçekleştirir.

Korozyon Direnci

Bir alaşım magnezyum içerdiğinde (örneğin, 10% Mg ile 520.0), koruyucu bir oksit tabakası alır. Bu, deniz ortamlarında 15-20 yıl süren korozyona karşı rekabet edebilecekleri anlamına gelir.

LM6'da yüksek silikon içerikli bileşim tuzlu su korozyonunu önler. Sonuç olarak su altı ürünlerinde 50 Mpa basınçta çalışmaya devam ederler.

Termal ve Elektriksel İletkenlik

319 gibi alaşımlarda 6% Si ve 3% Cu bulunur. Böylece ısıyı 150 W/m-K'de iletirler. Bu da onları motor bileşenleri arasında en iyi seçim yapan şeydir.

Ayrıca, yaklaşık 2,7 g/cm³ olan düşük yoğunluk uygularlar. Özellikle otomobillerde düşük ağırlığı nedeniyle yakıt verimliliğini artırır (10%).

Isıl İşlemin Etkisi

Üreticiler boşlukları azaltmak ve taneleri rafine etmek için ısıl işlem uygular. Örneğin, yaşlandırma adımı ADC12 gibi alaşımlarda sertliği 80 HB'den 95 HB'ye çıkarır.

Ek olarak, yeniden kristalleşme süreci (görüntüde meydana gelen) 10-20 µm'ye kadar tane küçülmesine neden olur. Sonuç olarak alaşımın yorulma direnci (30%) artar.

Yaygın Alüminyum Alaşım Kaliteleri

A380

A380 dökülebilir alüminyum alaşımında 8-10% silikon, 3-4% bakır ve 1%'den daha az demir bulunmaktadır. Silikon parçacığı daha düşük bir erime noktasına sahiptir. Bu, kalıplarda sorunsuzca akarak her boşluğu doldurdukları anlamına gelir.

Bakır elementler nedeniyle sertlik daha iyidir, bu da onları yüksek gerilimli parçalar için ideal hale getirir. Bu nedenle 320 MPa'lık bu alaşım motor braketlerini ve elektronik muhafazaları oluşturur.

Boşlukları düzgün bir şekilde doldurur ve ayrıca daha az hataya neden olur. Ayrıca, bu alaşım daha hızlı soğuyarak üretim süresinin yaklaşık 15% kadar kısalmasını sağlar.

A356

A356 alaşımı silikon ve magnezyum içeriğine sahiptir (sırasıyla 7% ve 0.3%). Bu nedenle daha iyi akışkanlık ve mukavemet sunar.

Bu alaşımda kabaca 280 MPa çekme mukavemeti ve 12% süneklik vardır. Bu nedenle kırılmadan önce 12% kadar esneyebilirler.

A356 alaşımını uçak ve otomotiv tekerlekleri, süspansiyon parçaları, uçak iniş takımları ve kanat çerçeveleri yapmak için kullanabilirsiniz.

Ayrıca 200°C sıcaklığa 500 saat boyunca dayanma gibi benzersiz bir özelliğe sahiptir. Bu noktada bile kolayca çatlamaz.

Isıl işlemden sonra bu alaşımın mukavemeti artar (20%). Bu nedenle havacılık ve uzay uygulamalarında kullanım için idealdir.

6061

6061 alaşımı 1% magnezyum, 0.6% silikon ve 0.3% bakırdan oluşur. Magnezyum gibi bu elementler korozyonu durdurma kabiliyetini artırır. Bu alaşım dış mekanlarda 20 yıl dayanır ve paslanma yapmaz.

Ayrıca Okuyun: 6061 vs 6063 alüminyum alaşımları

6061 alaşımının gerilme mukavemeti (310 Mpa) onu köprülerde, kirişlerde ve süspansiyon kolları ve deniz çerçeveleri gibi şasi parçalarında kullanışlı hale getirir. Düşük yoğunluğu, 60%'nin çelikten daha hafif olmasına da yardımcı olur.

ADC12

10-20% silisyum ve 2-3% bakır içeren ADC12 alaşımı oldukça popülerdir. Bu metaldeki silikon pürüzsüz döküm sağlarken, bakır sertliğini artırır.

Isıl işlem, sertlikte 95 HB'yi aşan değişiklikler meydana getirir. (Brinell). Bu alaşım araba motor blokları, akıllı telefon gövdeleri ve şanzıman kutuları gibi parçaların yapımında kullanılır.

Ayrıca karmaşık şekilli profilleri 30 saniye içinde alarak 25%'ye kadar üretim tasarrufu sağlar.

LM25

LM25 alaşımı 0.3% magnezyum ve 7% silikon eklenerek üretilmiştir. Ayrıca, gerilme mukavemeti 200 °C'de 260 MPa'ya ulaşır. Pompa gövdeleri, deniz yapıları ve hidrolik valfler üretmek için iyi dökülebilirlik sağlar.

Kum döküm duvarları 1 mm kadar incedir; benzersiz özelliği de budur. Dolayısıyla, LM25 hafif tasarımların üretimiyle uyumludur.

LM6

LM6 alaşımında 10-13% silikon içeriği ve 0,1%'den daha az magnezyum bulunur. Daha yüksek silisyum miktarı nedeniyle bu alaşım kolayca korozyona uğramaz. Deniz suyunda 50 MPa basınca dayanabilir.

Üreticiler bunu tekne pervaneleri ve rıhtım bağlantı parçaları dökmek için kullanır. Yıllar boyunca tuzlu suda paslanmadan çalışırlar. Bu da bakım maliyetlerini 40%'ye kadar düşürür.

520.0

520.0'lık dökülebilir alüminyum alaşımında 10% magnezyum ve 0.1% silikon bulunmaktadır. Bu element önerisi, gerilme mukavemetini (380 MPa) artırır ve ayrıca ağırlığını 50%'ye kadar azaltır.

Bunları havacılık braketleri, roket muhafazaları ve askeri teçhizat yapmak için kullanabilirsiniz. Bir başka özelliği de 500 Hz civarındaki titreşimi hiçbir çatlak göstermeden idare edebilmesidir.

319

Bu alaşım 3% bakır ile birlikte 6% silisyum içerir. Silikon akışkanlığı artırır, ancak bakır daha iyi termal iletkenlik (150 W/m-K) sağlar.

Silindir kapakları ve ısı alıcıları yapmak için dökülürler. Parçalarda ±0,02 mm gibi maksimum hassasiyet verir ve motorlara sıkıca oturur.

413

413 alaşımı 12% silikon ve 2% demir içerir. Bu nedenle 50 MPa civarında basınç sızdırmazlığı sağlar. Hidrolik pompalar ve valfler gibi parçalar bunların uygulamalarıdır.

Ayrıca bu alaşım, 0,5 mm kadar küçük olabilen boşluklardaki sızıntıları kapatarak sıvı tasarrufu sağlar.

535

Üreticiler 535 alaşımının bileşimine 7% magnezyum ve 0.15% silikon ekler. Korozyon direnci, deniz suyu gibi pH 8-10 ortamlarında kesinliğe uygundur.

300°C'de kaynak yapmanın yanı sıra gemi gövdeleri ve açık deniz kuleleri üretmek için kullanılırlar. Bu sıcaklık altında çatlamazlar ve deniz koşullarında 25 yıl dayanabilirler.

Alüminyum Alaşımları için Döküm Prosesleri

Basınçlı Döküm

Basınçlı döküm işlemi, alüminyum alaşımının eritilmesini ve yüksek basınç altında kalıba enjekte edilmesini içerir. Parçaları en fazla 10-30 saniye içinde döker ve çıktı sonucu hızlı ve hassas parametreleri karşılar.

Diğer alaşımlar arasında A380 ve ADC12, araba motor braketleri ve uçak kapı kolları üretiminde en yaygın kullanılanlardır.

Kum Döküm

Kum döküm işleminde kum kalıpları kullanılır. Tane boyutları 0,10 ile 0,5 mm arasında değişir. Proses uygundur ve motor blokları gibi parçaların imalatında iyi sonuç verir. Basınçlı dökümden çok daha ekonomiktir (50%) ancak pürüzsüz yüzeyler vermez.

Yatırım Döküm

Yatırım döküm seramik kaplamalı balmumu desenleri içerir. Türbin kanatları gibi ayrıntılı unsurlar ekleyen parçalar üretirler.

Ayrıca, yaklaşık ±0,05 mm daha sıkı toleransları etkili bir şekilde elde eder, ancak çok uzun zaman alır (kalıp başına 48 saat).

Alüminyum Dökümde Zorluklar ve Çözümler

Döküm Hataları

Dökülebilir alüminyum alaşımları, parçaları zayıflatan gözeneklilik ve büzülme gibi kusurlara neden olur. İşte tam da bu nedenle gözenekliliği 70%'ye kadar azaltmak için vakumlu döküm kullanmanız gerekir.

Yüzey pürüzlülüğünü (12,5 µm'ye kadar) iyileştirmek için, 80 psi'de 0,5 mm boncuklarla bilyeli çekiçleme önemlidir.

Ayrıca, erimiş alaşım enjekte edilmeden önce kalıpların ön ısıtmaya tabi tutulması yapışkanlığı önler ve iç alanları daha iyi akışkanlıkla doldurur.

Alaşım Seçimi

Yanlış alaşım seçimi tüm projeyi mahvedebilir. Örneğin, A380 en çok ince duvarlı araç parçaları için uygundur.

Bu arada, LM6 deniz suyuna karşı dirençli bir taşıyıcı oluşturur. ADC12 daha küçük boşlukları en fazla 30 saniyede doldurur ancak 600°C'nin üzerinde aşırı ısındığında çatlayabilir.

Isıl İşlem Zorlukları

Fırınlardaki sıcak bölge alaşımları ısıtır. 500 °C sıcaklığın kullanılması ve 4 saat çalıştırılması bunlarda güçlü özellikler sağlar.

Bu prosesteki su verme tankı, parçaları 10°C/dak hızla soğutarak çatlakların önlenmesine yardımcı olur. Ancak soğutma sıcaklığı düşük olmamalıdır. Çünkü bu kırılganlık riskini doğurabilir. Örneğin, doğru su verme 20% alaşımına 6061 mukavemeti kazandırır.

Sonuç:

Dökülebilir alüminyum alaşımları otomotiv, havacılık, endüstriyel ve hatta tüketici ürünleri gibi birçok sektörde çok önemlidir. Hafiftirler, bu yüzden yakıt kullanımını azaltırlar.

Ayrıca, korozyonu durdurma yetenekleri 25 yıldan fazla dayanabilecekleri anlamına gelir. Zorlu ortamlarda daha fazla talep görmelerinin nedeni de budur.

Büzülme veya gözeneklilik gibi zorluklar varsa, bunları belirli teknikler kullanarak düzeltebilirsiniz. Böylece, seçtiğiniz alüminyum alaşımlarını kullanarak çok yönlü ürünler üretebilirsiniz.